E520系列在注塑機上的應用

一． 塑料行業(yè)在國內的發(fā)展形勢
現(xiàn)在人們已公認一個國家或地區(qū)塑料的人均年消耗量及塑料工業(yè)在國民經(jīng)濟中所占的地位是反映工業(yè)發(fā)展與進步的重要標志之一。中國塑料資源豐富， 21 世紀初主要合成樹脂年產(chǎn)量達 1.4 萬噸，排世界第 4 位。并且中國合成樹脂的產(chǎn)量還在以 5%~10% 的速度增長。中國又是塑料消費大國，據(jù)統(tǒng)計，其年消耗量占世界第二，僅次于美國，而中國的人均消費僅為 19kg ，在世界排名第 32 位，是工業(yè)發(fā)達國家的 11%~20% ，可見中國的塑料工業(yè)還要大發(fā)展，塑料機械前景廣闊。 根據(jù)塑料制品的市場分析， 目前中國塑料機械行業(yè)產(chǎn)值每年約 100 億元，而國內市場需求約 200 億元，還有很大空間， 注塑機的需求也逐步由南方向北方擴散，同時也帶將帶動塑料工業(yè)關聯(lián)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
二． 變頻改造在注塑行業(yè)發(fā)展趨勢
對于塑料制品行業(yè)來說，電耗是其生產(chǎn)成本的主要部分，而注塑機是塑料制品廠的主要能耗設備之一；隨著電力電子與變頻控制技術的發(fā)展，對油泵驅動馬達進行變頻控制以將普通的定量泵改為變量泵的方式已在注塑行業(yè)中得到廣泛的應用。采用變頻節(jié)能控制器對注塑機的節(jié)能改造也已成為注塑行業(yè)降低注塑機的能耗成本、提高產(chǎn)品競爭力的最有效的途徑。因此推廣交流變頻調速裝置在注塑機上的應用，對于減少能源浪費具有重要意義。
三． 注塑機的工藝分析
3.1 注塑機基本概況及成型工藝過程
普通注塑機通常采用液壓傳動，其結構包含注射裝置、開合模裝置、液壓傳動裝置和電氣控制裝置，后者的作用是保證注塑機預定工序的要求（壓力、速度、溫度、時間、位置）和動作程序準確有效地工作。
在傳統(tǒng)的注塑機中液壓傳動裝置主要由油泵、液壓控制閥、壓力電磁比例閥、流量電磁比例閥、各種不同的動作油缸、油泵電機及其它液壓附件和管道組成，液壓傳動系統(tǒng)中的動力由電機帶動油泵提供。其中，油泵絕大部分是定量油泵，電動機通常提供額定功率和轉速，油泵將電動機所輸入的機械能轉變?yōu)閴毫δ埽缓笙蛞簤合到y(tǒng)的液壓元件輸送具有一定壓力和流量的液壓油，滿足液壓執(zhí)行機構驅動負載所需能量的要求
注塑機成型工藝是一個按照預定的周期性動作過程，即以合模 ---射嘴前進---射膠---保壓---溶膠、冷卻---開模---取出制品---將被注塑件放入模具中—合模等加工工序達到某件產(chǎn)品成型。
3.2 普通注塑工藝中的主要損耗
第一 為溢流損耗。 隨產(chǎn)品及加工工序不同，各工序所需液壓、流量、壓力不同（見附圖 1）。對于油泵馬達而言，注塑機在注塑過程的負載是處于變化狀態(tài)。 而泵的流量是按照所需的最大流量來設計的， 其原注塑油泵馬達以恒定的轉速提供的液壓流量， 當注塑機所需的流量小于最大流量時， 多余的液壓將通過溢流閥回流， 這一部分能量就損耗掉了。
第二為節(jié)流損耗。 當液壓油流經(jīng)閥的節(jié)流口時會有一定的壓降，這就是節(jié)流損耗。由于方向閥的節(jié)流面積比較大，所以大部分的節(jié)流損耗發(fā)生在比例閥上。 同時由于液壓長期全速循環(huán)流動與液壓件機械劇烈磨擦，造成油溫過高，噪音過大，機械壽命縮短等不良現(xiàn)象。
第三為設計余量損耗。 通常在設計中， 一般會考慮到共用性，設計時以最大容量為基礎，因此 用戶油泵電機設計的容量比實際需要高出很多，存在“大馬拉小車”的現(xiàn)象，造成電能的大量浪費。

圖一：注塑機工序圖和能耗對照圖
四． 變頻器的節(jié)能原理及控制系統(tǒng)（見附圖二）
4.1 調速節(jié)能
根據(jù)注塑機的工藝要求 ,把總壓閥、低壓閥、一壓閥、二壓閥的開關信號經(jīng)轉換后加在變頻器的輸入端作為變頻器的頻率給定信號，變頻器通過對其進行實時采樣并通過CPU處理，使輸出頻率隨比例閥的模擬信號成線形變化，在需要壓力和流量較小的工藝過程中使電機轉速降低，從而降低電機的輸出功率，在冷卻和半成品置入過程中可以讓電機停轉，使電機在整個負載范圍內的能量損耗達到最小程度。
4.2 提高功率因數(shù)節(jié)能
無功功率不但增加線損和設備的發(fā)熱，更主要的是因為功率因數(shù)的降低導致電網(wǎng)有功功率的降低。由公式 S2=P2+Q2，Q=S*SINφ，P=S*COSφ，其中：S-視在功率。Q-無功功率，P-有功功率，COSφ-功率因數(shù)。可知，當COSφ越大，有功功率 P越大。普通定量泵注塑機COSφ值在0.6-0.8之間，而使用變頻調速裝置后，由于變頻器內濾波電容的補償作用，使得COSφ≈1，從而減小了無功損耗，增大了電網(wǎng)的有功功率。
4.3 軟啟動節(jié)能
由于原電機為直接啟動或 Y/ △啟動，啟動電流等于 (3-7) 倍額定電流，這樣會對機電設備和供電電網(wǎng)造成嚴重的沖擊，而且還會增加電網(wǎng)容量要求，啟動時產(chǎn)生的大電流和震動對設備的使用壽命極為不利。而使用變頻節(jié)能裝置后，利用變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始，最大值被限制在變頻器設置的加速中電流限幅水平以內，一般不超過 1.7 倍額定電流，減輕了對電網(wǎng)的沖擊和對電網(wǎng)容量的要求，延長了設備和模具的使用壽命。

五． E520系列注塑機專用變頻器的特點
• 高節(jié)電率，節(jié)電效果保證在 30% ~ 70%。
• 注塑機原有控制方式及油路不變，無須對注塑機原有結構和控制方式做變動， 只需在原油泵主電機接線處串入變頻節(jié)能控制器，并對流量、壓力比例控制線做適當接入切換并作簡單調試即可完成。
• 采用 “市電／節(jié)能運行”轉換控制方式，并保留注塑機油泵電機原有Y－△啟動及運行線路不變，確保萬一變頻節(jié)能控制器發(fā)生故障檢修或是注塑加工件周期過短時仍能切換到“市電”狀態(tài)工作以保持正常生產(chǎn)。
• 與注塑機同步運行，調試完成投用后無需任何調節(jié)；即使更換模具和改變加工參數(shù)，均無需對變頻節(jié)能控制器進行調整。
• 改造后注塑機液壓油發(fā)熱明顯降低，一般比改造前平均油溫降低 15~20℃以上；液壓油使用壽命可得到延長；注塑機冷卻用水量可節(jié)省30％以上。
• 對整個系統(tǒng)的保護功能，（ 1 ）、變頻器自身的保護；（ 2 ）、對電機的保護；如：電流限制、過載、輸出短路或輸出接地等（ 3 ）、對因誤操作引起的機械損傷進行保護；如：未到熔融溫度強行溶膠引起火箭頭、炮筒、螺桿或溶膠馬達的損壞等。
• 注塑機運行噪音明顯降低，開、鎖模振動減輕，延長設備和模具的使用壽命，改善工作環(huán)境；用電功率因數(shù)提高，油泵主電機平滑啟動，啟動時無大電流沖擊并可減少配電設備容量。
• 延長油路密封組件的使用壽命，減少停機維修幾率，節(jié)省大量維護費用。
• 注塑件加工周期越長，節(jié)能效果越好；
六． 改造案例
根據(jù)大量的現(xiàn)場測試，一般注塑機油泵電機在市電運行情況下因各工序所耗功率不同，實際所耗的總功率大概為電機額定功率的 50-70% 之間，而用變頻改造后可在此基礎上節(jié)省 20%-60% ，節(jié)電效益隨單機使用時間增長而增長。
案例一 深圳龍崗某電子廠
注塑機為：臺灣贊揚公司的 CY-250 系列，電機功率為 3.7KW ，
變頻改造具體情況如下表：

從上表分析可知，工頻運行時平均每小時用電量為 2.58KWh ，變頻運行時平均每小時用電量為 1.4KWh ，當?shù)仉娰M是 0.75 元每度，按每天平均工作 20 小時，每月工作 28 天計算得：
節(jié)電率為 = （ 2.58-1.4 ） /2.58 = 45.7%
工頻運行是每年電費為： 2.58 ╳ 20╳28╳12╳0.75=13003.2元
變頻運行是每年電費為： 1.4 ╳ 20╳28╳12╳0.75=7056元
每年節(jié)省電費 5947.2元
案例二 （廣州某電池 / 塑料盒生產(chǎn)企業(yè)）
一臺臺灣產(chǎn)全自動設備注塑機，使用 E520-4T0550系列（55KW）的注塑機專用變 頻器進行節(jié)能改造。
七．結束語
根據(jù)長期以來對使用廠家的回訪與觀察，一致反映使用四方變頻改造以后的注塑機不但為客戶節(jié)省了電能，而且運行可靠平穩(wěn)，保護功能強，同步控制準確，操作簡單方便，充分滿足了注塑成型工藝要求，穩(wěn)定了產(chǎn)品質量和產(chǎn)量。同時降低壓力油油溫，延長密封元件的使用壽命，減少設備維護費用，為用戶創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益，贏得了用戶的滿意效果。